Плоский четырехцилиндровый двигатель , также известный как горизонтально-оппозитный четырехцилиндровый двигатель или оппозитный двигатель , [1] представляет собой четырехцилиндровый поршневой двигатель с двумя рядами цилиндров, расположенными на противоположных сторонах общего коленчатого вала. Наиболее распространенным типом оппозитного четырехцилиндрового двигателя является оппозитный четырехцилиндровый двигатель , в котором каждая пара противоположных поршней движется внутрь и наружу одновременно.
Оппозитный четырехцилиндровый двигатель имеет идеальный первичный и вторичный баланс, однако наличие двух головок блока цилиндров означает, что производство такой конструкции обходится дороже, чем рядного четырехцилиндрового двигателя . В плоскости поршней возникает незначительный вторичный несбалансированный импульс крутящего момента, когда поршневая пара на одном конце двигателя находится в ВМТ, а другая пара — в НМТ. Пара ВМТ создает крутящий момент, больший, чем пара НМТ, поэтому разница составляет чистый несбалансированный импульс крутящего момента. Разница в силах инерции ВМТ и НМТ объясняется в разделе «Балансировка двигателя» . Двигатели Boxer-four используются в автомобилях с 1897 года, особенно Volkswagen и Subaru. Их также иногда использовали в мотоциклах и часто в самолетах. Cessna и Piper используют четырехцилиндровые оппозитные двигатели от Lycoming и Continental в самых распространенных гражданских самолетах в мире — Cessna 172 и Piper Cherokee , в то время как многие сверхлегкие самолеты и самолеты LSA используют версии Rotax 912 .
В четырехцилиндровом двигателе каждая пара противоположных поршней последовательно движется вместе внутрь и наружу. Преимуществами оппозитной четверки являются идеальная вторичная вибрация (приводящая к минимальной вибрации), низкий центр тяжести и небольшая длина двигателя. В четырехцилиндровом оппозитном двигателе успешно используется воздушное охлаждение , хотя двигатели с воздушным охлаждением более шумные и имеют меньшую выходную мощность, чем эквивалентный двигатель с жидкостным охлаждением . В легких самолетах, где легкость имеет первостепенное значение, традиционно использовалось воздушное охлаждение. [2]
Недостатками оппозитных четырехцилиндровых двигателей (по сравнению с рядными четырехцилиндровыми двигателями) являются их дополнительная ширина, повышенные затраты, связанные с наличием двух головок цилиндров вместо одной, а также длинный выпускной коллектор, необходимый для достижения равномерно распределенных импульсов выхлопа. [3] Из-за этих факторов рядные четырехцилиндровые двигатели более распространены в автомобилях, чем оппозитные четырехцилиндровые двигатели, а двигатели V6 часто используются там, где требуются большие объемы рабочего объема. [4]
Равные и противоположные силы, создаваемые в оппозитном четырехцилиндровом двигателе, приводят к идеальному вторичному балансу (в отличие от несбалансированных вертикальных сил, создаваемых рядными четырехцилиндровыми двигателями). Таким образом, четырехцилиндровые оппозитные двигатели лучше подходят для объемов двигателя более 2,0 л (122 куб. Дюймов), поскольку им не требуются уравновешивающие валы для снижения вторичной вибрации.
В оппозитном двигателе каждый цилиндр немного смещен относительно противоположной пары из-за расстояния между шатунными шейками. Это смещение приводит к небольшому покачиванию пары , [5] : 27 , но любая возникающая в результате вибрация обычно недостаточна, чтобы потребовать использования балансировочных валов.
Как и во всех четырехтактных двигателях с четырьмя цилиндрами или меньше, отсутствие перекрытия рабочих тактов приводит к пульсирующей передаче крутящего момента на маховик , вызывая крутильную вибрацию вдоль оси коленчатого вала. [6] Такую вибрацию, если она чрезмерна, можно свести к минимуму с помощью демпфера гармоник .
Типичный порядок зажигания оппозитного четырехцилиндрового двигателя заключается в том, что левый ряд цилиндров зажигается один за другим, за которым следует правый ряд цилиндров (или наоборот), с равномерным интервалом зажигания 180 градусов. Традиционно выхлопы двух цилиндров на каждом ряду объединялись, в результате чего неравномерные импульсы выхлопа вызывали характерный звук выхлопа «четвёрка».
Другая распространенная конфигурация выхлопа (например, используемая Subaru с середины 2000-х годов) заключается в объединении цилиндров со смещением интервала зажигания на 360 градусов для оптимизации импульсов выхлопа . [7] [8] [9] Эта конфигурация требует длинных выпускных коллекторов, чтобы спарить цилиндры на противоположных берегах, и приводит к менее характерному звуку выхлопа.
В 1900 году компания Benz & Cie выпустила первый оппозитный четырехцилиндровый двигатель на основе оппозитного двухцилиндрового двигателя Benz 1897 года «контра». [ нужна цитата ] Этот двигатель использовался в гоночных автомобилях Benz, производил 20 л.с. (15 кВт), имел рабочий объем 5,4 л (330 куб. Дюймов) и был разработан Георгом Дилем.
Лондонская компания Wilson-Pilcher выпустила свой первый автомобиль в 1901 году, оснащенный четырехцилиндровым оппозитным двигателем. Этот двигатель устанавливался продольно на шасси, имел водяное охлаждение, мощность 9 л.с. (7 кВт) и рабочий объем 2,4 л (146 куб. Дюймов). Что необычно для того времени, диаметр цилиндра и ход поршня были равны, каждый из которых составлял 95 мм (3,7 дюйма).
В 1902 году автомобиль Buffum был оснащен оппозитными четырехцилиндровыми двигателями мощностью 16 лошадиных сил. Герберт Х. Баффум производил американский автомобиль под названием Buffum в Абингтоне, штат Массачусетс, с 1903 по 1907 год .
Ранее выпускавшая оппозитные двухцилиндровые двигатели, Tatra 30 1926 года стала первой моделью чешской компании, оснащенной четырехцилиндровым оппозитным двигателем. Tatra производила различные модели с четырехцилиндровым двигателем в 1920-х и 1930-х годах.
Tatra T97 1936 года стала пионером заднемоторной, четырехцилиндровой оппозитной компоновки с воздушным охлаждением, опорной компоновкой шасси (позже использованной Volkswagen Beetle), и в то же время, хотя и не связанной с этим, из Австрии появился Steyr 50 с передним оппозитным двигателем 4. двигатель с задним приводом. Также в 1936 году английская компания Jowett расширила свой модельный ряд от двухцилиндровых оппозитных двигателей до четырехцилиндровых двигателей. Производство четырехцилиндровых двигателей Jowett продолжалось до 1954 года, когда прекратилось производство седана Javelin и спортивных моделей Jowett Jupiter .
Самым продолжительным серийным оппозитным четырехцилиндровым двигателем является двигатель Volkswagen с воздушным охлаждением , который производился с 1938 по 2006 год и наиболее широко использовался в заднемоторных Volkswagen Beetle 1938–2003 годов и Volkswagen Transporter 1950–2005 годов . [11] Этот двигатель с воздушным охлаждением был разработан компанией Porsche и также использовался в Porsche 356 1948–1965 годов , Porsche 550 1953–1956 годов, Porsche 912 1965–1969 годов и Porsche 914 1969–1976 годов . В 1982 году в целях соблюдения норм по выбросам выхлопных газов в Volkswagen Transporter (T3) была представлена версия с водяным охлаждением под названием Volkswagen Wasserboxer .
В течение 1960-х и 1970-х годов несколько производителей производили оппозитные четырехцилиндровые двигатели, в том числе четырехцилиндровый двигатель Citroën с воздушным охлаждением , четырехцилиндровый двигатель Alfa Romeo с водяным охлаждением, четырехцилиндровый двигатель Lancia с водяным охлаждением и Subaru с водяным охлаждением. ЕА движок .
Двумя важными двигателями, разработанными в этот период, но так и не увидевшими свет в серийном производстве, были двигатель Morris объемом 800 куб.см с боковым клапаном, созданный Алеком Иссигонисом в 1947 году, первоначально предназначавшийся для Morris Minor, и 2,2-литровый двигатель Ferguson SOHC, созданный Клодом Хиллом в 1966 году. в рамках исследовательского проекта автомобиля R5.
.jpg/1280px-Subaru_BRZ_engine_(20413082204).jpg)
К 2000 году большинство производителей заменили оппозитные четырехцилиндровые двигатели на рядные четырехцилиндровые. Заметным исключением является Subaru: двигатель Subaru EJ с водяным охлаждением доступен с турбонаддувом в спортивном седане Subaru WRX и его аналоге из World Rally Car . Переход Subaru на полный привод стал фактором сохранения оппозитного четырехцилиндрового двигателя, поскольку более короткая длина этого двигателя помогает разместить компоненты полного привода в шасси. [12] Хотя он и дороже, чем рядный четырехцилиндровый двигатель, оппозитный четырехцилиндровый двигатель позволяет Subaru построить полноприводный автомобиль с небольшими дополнительными затратами по сравнению с двухколесным приводом. [12]
В 2012 году безнаддувная версия двигателя Subaru FA использовалась в заднеприводном спортивном купе Toyota 86 (также называемом «Subaru BRZ» и «Scion FR-S»). [13] Этот двигатель имеет водяное охлаждение, непосредственный впрыск бензина , мощность 147 кВт (197 л.с.) и рабочий объем 2,0 л (122 куб. Дюймов).
Спортивные автомобили Porsche Boxster/Cayman (982) со средним расположением двигателя 2016 года были уменьшены с безнаддувного оппозитного шестицилиндрового двигателя до четырехцилиндрового оппозитного двигателя с турбонаддувом, первого оппозитного четырехцилиндрового двигателя Porsche с середины 1970-х годов. Этот двигатель производится объемом 2,0–2,5 л (122–153 куб. Дюймов) и развивает мощность до 365 л.с. (272 кВт). [14] Некоторые рецензенты раскритиковали Boxster/Cayman за скучный звук двигателя. [15] [16] [17]
Большинство мотоциклов с четырехцилиндровыми двигателями используют рядную четырехцилиндровую схему двигателя , однако в мотоциклах с валовым приводом использовалось несколько оппозитных четырехцилиндровых двигателей :
В легких самолетах обычно используются четырехцилиндровые оппозитные двигатели объемом до 6,4 л (390 куб. дюймов) от таких производителей, как Lycoming Engines , Continental Motors и Franklin Engine Company .
Для радиоуправляемых самолетов четырехцилиндровые оппозитные двигатели объемом 40–50 куб.см (2,4–3,1 куб.дюйма) производятся такими компаниями, как OS Engines .
Примечательным недавним четырехцилиндровым оппозитным авиационным двигателем является бельгийский D-Motor LF26 с боковыми клапанами . [20] Хотя от формата боковых клапанов уже давно отказались для большинства автомобильных применений, поскольку его камера сгорания является препятствием для высоких оборотов двигателя , двигатель D-Motor с огромной квадратной формой (1,295:1) представляет собой очень простой низкооборотный двигатель. компактный, надежный и легкий авиационный двигатель (без тяжелого усложнения клапанного механизма верхнего расположения ) [21]
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)